二重煙突

二重煙突（アメリカ英語では二重煙突、二重煙突とも言う）は、蒸気機関車の煙突の一種で、従来の単一の開口部が二重になっており、その下の送風管も二重になっている。内部の開口部は 2 つの円を形成しているが、外観は通常、単一の細長い楕円形になっている。

蒸気機関車の古典的な排気設計は、ハックワースが発明した、高い煙突の中央に設置されたブラストパイプから始まった。ビクトリア朝の発展により煙突の高さが低くなり、自然通風は重要ではなくなった。当時の標準的な設計は、円形のドラムヘッド煙室で、ブラストパイプのノズルが1つ煙突に通じ、その下に広がったペチコートパイプが付いていた。パーデュー大学のWFMゴスや、後にスウィンドンのSOエルなどの理論家たちの研究から、^[1]各機関車工場でガイドラインが開発され、これらをどのように調整すべきかが説明された。^[2]

各ボイラーの蒸気発生能力に応じて、特定の直径の煙突と送風管が必要であること、また送風管から煙突までの円錐状のテーパーをあまり急にしてはいけないことが認識されていました。ボイラーがより強力になるにつれて、煙突の直径を大きくする必要があっただけでなく、煙突の最小高さも長くなりました。これは、ボイラーのサイズが大きくなるにつれて、荷重ゲージ内で利用できるクリアランスの高さが制限されたのと同じです。少なくとも24インチの煙突の高さ^[i]が、実行可能な最小高さであると考えられていました。^[1] 1930年代までに、そのような高さを提供することがますます困難になり、他の解決策が模索されました。

この制限に対する解決策は、二重煙突を採用することだった。これにより、空気の流れに十分な断面積を確保しつつ、それぞれの煙突の直径を小さくし、許容できる緩やかなテーパーに必要な最小の高さを抑えることができた。^{[3] [ii]}

同時に開発されたのが、フィンランドの技術者Kyösti Kyläläによる Kylälä スプレッダーと、フランスの技術者André Chapelonが追加した煙道チョーク チューブを組み合わせたKylchapブラストパイプでした。これにより、ブラストパイプ領域が 4 つの小さなノズルに分割され、3 つの積み重ねられたベンチュリーを横切る垂直ドラフト誘導が行われました。ブラストパイプの総面積は一定のままでしたが、その周囲、つまり排気ガスと混合する領域が 2 倍になりました。追加されたペチコートにより、ドラフトを誘導するブラストの有効性も向上しました。

二重煙突またはキルチャップ ブラストパイプのいずれかのアプローチが他方に依存する理由はありませんが、両方への関心は一般に同時に高まったため、両方が同時に設置されることがよくありました。

イヴァット級4MT 2-6-0の最初の50隻は二重煙突で建造された。しかし、これらは性能が悪く、劣悪な蒸気船として注目された。ラグビーの静的試験プラントでの作業により、二重煙突には利点がなく、また当初の設計が悪かったことが判明した。単煙突に改修され、煙室のガスの流れが改善されると、蒸気量は二重煙突での9,000ポンド/時から単煙突で17,000ポンド/時に増加したが、これは火格子のサイズによって制限される19,000ポンド/時の理論上の限界を下回っていた。^[4]

小さな欠点としては、外部の煙を運転手の視界から遠ざけるために、排気風を「柔らかく」することがある。1950年代後半にLNER A3クラスに二重煙突が取り付けられたとき、運転室からの視界が煙で遮られるという問題があった。^[iii]この解決策は、ドイツ式の 小型のウィッテ型煙除けを取り付けることだった。

少なくとも英国では、二重煙突の設置の多くは、1930 年代に新規の建設ではなく、実験的な改造として実施されました。

LNERのCMEであるナイジェル・グレズリーは、フランスの機関車の慣例、特にアンドレ・シャペロンの研究とマルク・デ・カソ [fr]のノール「スーパーパシフィック」の研究を熱心に追随していました。グレズリーがA3 の後継としてP2 クラスを設計したとき^[iv]、彼はこのフランスの研究を考慮に入れ、キルチャップブラストパイプを備えた二重煙突も使用しました。最初に 2 台の P2 が製造され、2001コック・オ・ザ・ノースと次に 2002アール・マリシャルで、どちらも 1934 年に製造されました。これもフランスの慣例に従い、2001 はポペット バルブで製造され、比較のために 2002 は従来のピストン バルブを維持しました。煙で運転士の視界が遮られる問題を回避するため、どちらも10000で使用されていたのと同じように、煙室の上部にくさび形の上部、その上面に翼板が取り付けられました。ポペットバルブを装備した2001の鋭い排気により、これは成功し、煙はキャブの窓から上方に放出されました。しかし、2002は排気が柔らかく、既存の翼板と平行に約18インチ間隔で追加の煙デフレクターで再建されるまで問題がありました。どちらの機関車も成功したと考えられましたが、2002はバルブチェスト内の容積が小さいため、効率の点で優位でした。^[v] P2クラスのさらに他のメンバーが製造されたとき、それらは2002に倣ってピストンバルブと追加の煙デフレクターを採用しました。^[5]

A4 級の最初のモデルは、単煙突と従来のブラストパイプに戻った。吸気側と排気側の両方で、ガスの流れに最大限の注意が払われた。P2 では、長いカットオフで激しく作業すると、火が上がるほどの過剰なドラフトが発生する傾向があった。これを避けるために、A4 ではブラストパイプに「ジャンパートップ」を使用した。これは、強力なブラストジェットの影響で上昇する緩いリングで、有効ノズル径が大きくなり、ブラストの吸引効果を減らす。この装置は、二重煙突にもキララブラストパイプにも適用できなかったが、それが簡素化された単ブラストパイプの唯一の理由であったかどうかは明らかではない。^[6]

A4の28番目の4468マラードは、 1938年に二重煙突とキルチャップブラストパイプを備えて建造されました。これは成功したとみなされ、数か月後に建造されたこのクラスの最後の3台にも同様に装備されました。^[7]クラス全体が1950年代に同様に改装され、一部のA3も改装されました。^{[7] [8]}

ペッパーコーンの A2 パシフィックは、戦後に同様のダブル キルチャップ ブラストパイプを備えて建造されました。

LMS ジュビリー級の5隻のメンバーは、異なる時期に試験的に二重煙突を装備しました。最初は5684ジュトランドで、 1937年にキルチャップペチコートを備えた二重煙突でした^。[9]これにより、蒸気能力が向上し、石炭消費も削減されましたが、過度の通風により煙突から火花が飛び散ったり、煙室の灰が過剰に蓄積したりする問題が発生したため、1年後に撤去されました。^[10] 5742コノートと5553カナダは、1940年にプレーンな二重煙突を装備しました。これはカナダからすぐに撤去されましたが、コノートは1955年まで使用しました。^[9]

ラグビー試験工場での実験の一環として、1956年から1957年にかけて45722ディフェンスに二重煙突が取り付けられました。 ^{[11] 1961年には}45596バハマに二重排気装置が取り付けられ、これにより同機関車は退役し保存されました。^[11]さらに2両の機関車、5735コメットと5736フェニックスが1942年に2A テーパーボイラーと二重煙突を備えて改造されました。^[12]これらは同クラス全体の改造のプロトタイプとなるはずでしたが、結局そのように扱われたのはジュビリー機関車のみでした。ロイヤル・スコット級はすべて同様の方針に沿って改造され、ファウラー・パトリオット機関車の多くも同様でした。

LMS「ブラック5」4767号機は、 LMSの最終日である1947年12月31日に完成した。842両の同クラスの中では、外部にスティーブンソンリンク機構を備え、二重煙突、全車ティムケン ローラーベアリング、電灯などの実験的な特徴を備えていた点で独特だった。^{[13]これらの改造は、すでに優れていた}スタンナー設計のブラック5を改良するためにジョージ・イヴァットが行った一連の実験の一部だった。標準煙突の性能がすでに良好であったことと、二重煙突の柔らかい風が運転室から煙をうまく取り除かないという問題があったため、1953年に二重煙突は取り外された。^[14] 4765号機と4766号機も同様の二重煙突を試していたが、標準のワルシャーツ弁装置が使用されていた。^[14]

BR が最初に製造したブラック 5 のいくつかは、カプロッティ バルブ装置を使用して製造されました。20 台のバッチ( 44738 - 44757 ) が製造され、そのうち最後の 3 台には二重煙突もありました。カプロッティ エンジンのボイラーは 2 インチ高くされ、煙突の高さのクリアランスがさらに減少しました。カプロッティ バルブ ボックスは、大きく目立つ蒸気管によって供給される 6.25 インチ (159 mm) の吸気バルブが外側にあり、7 インチ (180 mm) の排気バルブが内側に配置されていました。カプロッティのポペット バルブのバルブ チェスト内で避けられない大きなクリアランス容量は、バルブ設定の長いリードと同様の効果をもたらしました。スティーブンソン エンジンとは対照的に、^[vi]これにより、これらのエンジンは高速では良好でしたが、上昇時には不十分でした。カプロッティ バルブ装置を試験する目的はメンテナンスの削減でしたが、石炭の消費は依然として重要でした。これらの機関車は、聞こえるほど鋭い排気音が火室の通風に影響を与えるため、通常よりも石炭を多く消費すると考えられていた。しかし、二重煙突の例では排気音がより柔らかく、消費量は少なかった。^[15]

1951年には、さらに2台のカプロッティ装備エンジン、44686と44687が試作された。これらは異なる設計で、カムボックスへの機械式駆動が改良され、両方とも二重煙突を備えていた。バルブチェスト内の「デッドスペース」容積を減らすために、排気バルブは吸気口と同じサイズに縮小された。機械式駆動設計は成功したとみなされ、BRスタンダードクラス向けに後から製造された数台のカプロッティエンジンにコピーされた。しかし、高速性能は良好だがカットオフが低いとパワーが不足するという挙動は他のエンジンと同じだった。すべてのカプロッティエンジンは二重煙突を維持し、スタッカート音を発する排気がキャブから煙を問題なく排出していることが注目された。^[16]

1955年9月、GWRキングクラス6015キングリチャード3世に試験用に二重煙突が取り付けられた。これが成功したため、クラス全体に二重煙突が取り付けられた。キャッスルクラスの一部も同様に改修された。 1956年にコーニッシュリビエラを牽引する動力車によるテストでは、明らかな性能向上は見られなかったが、石炭消費効率が8%向上した。水の消費量は一定のままで、これは他のいくつかのテストで示されたエンジン排気背圧の低下ではなく、燃焼と熱伝達の改善によるものであることを示している。^[17]

BR規格は、当初からSO Ellの以前の研究に基づいて設計されていました。それにもかかわらず、クラスによっては蒸気効率が悪く、特にクラス4 4-6-0がそうでした。1957年、75029に二重煙突が取り付けられ、多くのクラスで採用されました。^[18]

同時に、9Fでギーゼルエジェクターをテストするという提案もありました^[vii]。おそらくこれとの比較として、92178は二重煙突で製造されました。二重煙突は非常に成功したため^{[20] 、}機械式ストーカーを装備した3台を含む、92183以降に製造されたすべての9Fの標準として採用されました^[viii]。^[22]

BRスタンダード クラス 8デューク オブ グロスターは、 BR スタンダード クラスの中で最後に設計された機関車である。当初、このような大型の急行旅客機関車を製造する必要性は否定されていたためである。このため、スタンダード クラスの設計原則の 1 つが無視され、外側にヴァルシャーツ バルブ ギアを備えた 2 つのシリンダーではなく、カム作動式ポペット バルブを備えた 3 つのシリンダーとカプロッティ バルブ ギアが使用された。カプロッティのバルブはピストン バルブよりも急速に全開になり、鋭い排気音を発した。カプロッティ社は、この悪影響を相殺するためにキルチャップブラストパイプの使用を推奨していたが、キングクラスの経験に基づいてスウィンドンが設計した従来の二重煙突が採用されたため、この提案は無視された。^{[23] [24]}ブラストの鋭さを考慮すると、これらのスウィンドンの原則により、比較的小さなブラストパイプと、同様に小さなサイズの二重煙突が実現された。^[25]

デューク・オブ・グロスターは、蒸気機関車の性能が悪く、悪名高かった。イギリス国鉄の蒸気機関車が急速に廃止されたことと、性能が悪く、その解決に労力を費やす気がなかったことが重なり、デューク・オブ・グロスターの耐用年数は短かった。^{[23] [25]}

デューク・オブ・グロスターはバリーのスクラップヤードから救出され、大規模な修復が必要となった。この修復中に、ボイラーのドラフトと灰受けの空気供給の両方が検査され、予想外に制限されていることが判明した。これらがパフォーマンス低下の根本原因であると想定され、両方を修復した後のパフォーマンス改善によってそれが裏付けられた。^[25]煙突のチョークサイズはブラストパイプに比例していたが、その全体サイズはマーチャント・ネイビー・パシフィックやA2パシフィックの同等サイズのボイラーの数分の1であった。修復には、キルチャップ・ブラストパイプと煙突の煙道チョークのペアの構築が含まれていた。ドラフトの改善に加えて、これらのブラストパイプはシリンダーへの背圧を軽減し、効率をさらに向上させた。^[25]

ユニオン・パシフィック鉄道の蒸気機関車時代後期の設計のいくつか、特にオットー・ヤベルマンが鉄道の主任機械責任者を務めていた時代に設計されたものは、二重煙突を使用していた。ユニオン・パシフィックFEFシリーズの3番目で最後のイテレーションであるFEF-3は、すべて二重煙突で新しく製造された。英国の同時代の機関車と同様に、二重煙突は大量の煙を発生させ、機関士の視界を遮るという問題を引き起こしたため、FEF-3にはすぐに象の耳型の煙除けが装備された。^[26]煙除けは、二重煙突のない機関車も含め、他のすべてのFEF機関車に後に装備されるようになった。鉄道のFEF-2の1つであるNo.831には、実験的な三重煙突が装備された。^{[27] [28]}

ユニオン・パシフィックの他の設計で二重煙突を採用したものとしては、1942年に製造されたユニオン・パシフィック・チャレンジャー機関車の最終グループと、ユニオン・パシフィック・ビッグボーイ機関車の全シリーズなど、同社向けに製造された後期の連節式機関車がある。^[29]チャレンジャーとビッグボーイの機関車の中には煙除けを装備していたものもあったが、ボイラーがずっと長かったため、FEFクラスほど煙の問題はなかった。二重煙突を装備したチャレンジャーのうち数両はデンバー・アンド・リオグランデ・ウェスタン鉄道に転用され、後にクリンチフィールド鉄道で使用された。現代のユニオン・パシフィック蒸気機関車プログラムの運用中の機関車、UP 844、UP 4014、および現在は引退したUP 3985はすべて二重煙突を維持した。

ダブルスタックは、後期蒸気時代におけるPRR の複式機関車クラスやその他の実験的設計の多くで一般的な特徴でした。ペンシルバニア鉄道のクラス S1 (唯一のプロトタイプ6-4-4-6)と、合計 26 台の機関車が製造されたペンシルバニア鉄道のクラス Q2 (4-4-6-4複式) がダブルスタックを使用しました。52 台の機関車が製造されたペンシルバニア鉄道のクラス T1 (複式クラス) もダブルスタックを搭載していました。ペンシルバニア鉄道のクラス S2 は、実験的な蒸気タービン設計の一部として、独自の 4 重スタック システムを使用しました。1944 年に導入されたこの 1 台限りの機関車は、1952 年までに廃棄されました。

ペンシルバニア鉄道5550は、 T1クラスをベースにした新造で、現在T1蒸気機関車トラストによって建造が進められている。2021年現在、機関車のボイラーが建設中であり、完成すると元の機関車のように二重のスタックが含まれることになる。^[30]

サザン・パシフィック鉄道の大型機関車、例えばサザン・パシフィックAC-9クラスやサザン・パシフィックAC-12クラスはすべてダブルスタックシステムを採用していた。これらには「スタックスプリッター」も装備されていた。これはサザン・パシフィックのシングルスタックマレットに遡る設計特徴で、排気速度を落としてスノーシェッドの屋根を損傷するのを防いでいた。^[31] これらの機関車のいくつかはキャブフォワード 4-8-8-2設計で製造され、機関車のキャブを機関車の前方に配置してサザン・パシフィックの長いトンネルやスノーシェッド区間で窒息するのを防いでいた。^{[32]サザン・パシフィックのキャブフォワード機関車の中で唯一現存する} サザン・パシフィック4294はカリフォルニア州サクラメントのカリフォルニア州立鉄道博物館に保存されている。

リヴィオ・ダンテ・ポルタの実験的なメートル軌間機関車アルヘンティーナは、1948年に4-6-2から4-8-0に改造されたものである。^[33]この機関車は、蒸気流量と燃料消費を改善することを目的とした他の改良に加えて、二重煙突を採用した。ポルタの排気設計は最終的にレンポール・エジェクターへと発展した。実験的な機関車は成功し、他の機関車もポルタの改良を組み込むように改造されたが、アルヘンティーナのように二重煙突を採用したものは多くなかった。1970年代にポルタは、二重煙突を含むアルヘンティーナの設計に基づいた、北米プレートCの積載限界に合う大型機関車を設計した。 ^[34]この機関車は製造されなかった。アルヘンティーナはサン・ミゲル・デ・トゥクマンのマテ・デ・ルナ駅に保存されているが、現在の状態は不明であり、一部の報告ではその後廃棄されたとされている。

LDポルタの設計手法に倣い、南アフリカのクラス26 4-8-4 LDポルタ（愛称レッドデビルでよく知られている）には、効率を向上させるためにガス発生燃焼システムに加えて、レンポアエジェクターを備えた二重煙突システムが装備されていました。^[35]

ウィキメディア・コモンズには、二重煙突に関連するメディアがあります。

• クレイ、ジョン F. (1972)。スタニア・ブラック・ファイヴズ。イアン・アランISBN 07110-0274-6。
• ブライアン・ヘアスネイプ (1970)。 「クラス5XP 4-6-0 ジュビリー」。スタニア機関車。イアン・アラン。ISBN 0-7110-0108-1。
• ヘリング、ピーター（2000）。クラシックな英国蒸気機関車。標準クラス9。ISBN 1-86147-057-6。
• Nock, OS (1966)。英国蒸気鉄道機関車。第 2 巻、1925 年から 1965 年まで。イアン・アラン。
• ノック、OS (1982) [1975]。グレズリー・パシフィック。第2巻。イアン・アラン。ISBN 0-7153-8388-4。
• ローリッジ、JWP。ブライアン・リード (1984) [1977]。LMS のスタニア 4-6-0。ニュートン・アボット:デビッドとチャールズ。ISBN 0-7153-7385-4。
• Semmens, PWB; Goldfinch, AJ (2003) [2000].蒸気機関車の実際の仕組み. オックスフォード:オックスフォード大学出版局. ISBN 978-0-19-860782-3。
• ウォルフォード、ジョン、ハリソン、ポール (2008) 。9F 2-10-0 クラス。英国鉄道標準蒸気機関車の詳細な歴史。第 4 巻。ブリストル: RCTS。ISBN 978-0-901115-95-9。

• ベル、アーサー・モートン（1936年）。『機関車：その製造、保守および運転（第3版）』ロンドン：ヴァーチュー。
• Cook, AF (2000) 。LMSの蒸気発生: LMS 機関車ボイラーの進化。RCTS。ISBN 978-0901115850。
• ホルクロフト、H. (1957)。グレート・ウェスタン・ロコモティブ・プラクティス 1837-1947。ロコモティブ・パブリッシング。
• クープマンス、JJG (2014)。『火はもっとよく燃える…』カムデン・ミニチュア・スチーム・サービス。ISBN 978-1909358058。